Práctica CSTR

Experimentación en Ingeniería Química IV
Práctica 2. Análisis cinético en un reactor continuo de tanque agitado (CSTR)

Grupo 5

Práctica 2. Análisis cinético en un reactor
continuo de tanque agitado (CSTR)
1. Resumen
En esta práctica se estudiará el comportamiento ideal de un reactor continuo de tanque
agitado (CSTR). Para ello se obtendrán la constante cinética y la energía deactivación y se
estudiará la influencia de las variables de operación en la reacción de hidrólisis del acetato de
etilo con hidróxido sódico.
CH3COOC2H5 + OH- → CH3COO- + C2H5OH
A+B→C+D
El CSTR es un reactor continuo de tanque agitado que opera en estado estacionario, en el
que la conversión varía con el tiempo, pero no con la posición. Obtenemos su ecuación de
diseño para sistemas de densidadconstante (empleando el concepto de conversión y tiempo
espacial) mediante un balance de materia:
𝜏=

𝑉𝑅
𝐶 𝐴0 𝑋 𝐴
=
(−𝑟 𝐴 )
𝑣

(1)

Para estudiar nuestra reacción realizaremos varios experimentos a distintas temperaturas
variando tanto el flujo volumétrico como la agitación, para observar la influencia que estos
tienen sobre la velocidad de reacción y la energía de activación.
Trasrealizar los correspondientes experimentos podemos concluir que se ajustaban a lo
estudiado en teoría, es decir, la constante cinética es dependiente de la temperatura, la
conversión disminuye al aumentar el caudal y a menor agitación menor conversión.

2. Dispositivo y procedimiento experimental
El dispositivo experimental consiste en un CSTR en el que se alimentan los reactivos desde
losdepósitos mediante dos bombas peristálticas. El reactor dispone de un agitador de
velocidad regulable, sistema de calefacción de agua caliente, controladores de temperatura y
un conductivímetro. Los depósitos y el reactor poseen unas válvulas en su fondo que permiten
su vaciado; y las bombas, el agitador y el termostato un interruptor individual para su apagado
y encendido.
Para regular el caudalalimentado por las bombas utilizaremos las siguientes ecuaciones,
obtenidas mediante un calibrado:

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Práctica 2. Análisis cinético en un reactor continuo de tanque agitado (CSTR)
Para la bomba del NaOH:

𝑃𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 = 0,0842 ∙ 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 + 3,1464

Para la bomba del AcEt:

Grupo 5

𝑃𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 = 0,0908 ∙ 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 + 1,77

Las indicaciones defuncionamiento del dispositivo se encuentran descritas con un mayor
detalle en el guion de la práctica.
En la práctica trataremos de observar el comportamiento del sistema al variar los flujos de
alimentación, la temperatura y la velocidad de agitación. Para ello llevaremos a cabo distintos
experimentos teniendo en cuenta que la conversión de la reacción se obtiene a partir de las
medidas deconductividad. Esto ocurre porque el NaOH y el NaAc se encuentran disociados,
dando conductividad eléctrica a la disolución. En las condiciones de la reacción podemos
considerar que la conductividad de la disolución es la suma de las conductividades individuales
de ambas especies, estimando estas mediante las siguientes ecuaciones:
𝜅 = 𝜅𝐴 + 𝜅 𝐵

(2)

𝜅 𝐴 = 195[1 + 0.0184(𝑇 − 21)]𝐶 𝐴

(3)

𝜅 𝐵 =70[1 + 0.0284(𝑇 − 21)]𝐶 𝐶

(4)

Donde κ es la conductividad en mS, T es la temperatura en ºC y CA y CC la concentración en
moles/L de NaOH y NaAc respectivamente.
Los experimentos que realizaremos son:


Experimento 1: Se trata de calcular la constante cinética de la reacción de
hidrólisis. Para ello fijamos una temperatura en el termostato (30ºC), el flujo de
alimentación de losreactivos (40 mL/min tanto para el NaOH como para el AcEt) y
la velocidad de agitación (10), y medimos la conductividad en estado estacionario.
Esta medida la podemos relacionar con la conversión mediante las ecuaciones
descritas en el apartado de cálculos, y con esta podemos calcular la constante
cinética a partir de la ecuación de diseño del CSTR. Este experimento lo haremos a
dos flujos de...